Способ компенсации влияния уровня температуры жидкости на входе измерительного канала теплового расходомера с датчиками теплового потока от наружной поверхности измерительного канала на результат измерения расхода жидкости

 

Встречно ЭДС датчиков теплового потока (ДТП) включают ЭДС датчика разности температуры t₁ жидкости на входе измерительного канала и температуры t_н в точках теплового контакта окружающей канал среды или радиаторов с наружной поверхностью датчиков теплового потока. Расход определяют по сигналам ДТП, термопарных датчика разности температур (t₁-t_н) и датчика разности Δt температур t₁ и t₂, где t₂ - температура жидкости на выходе измерительного канала. Изобретение позволяет расширить диапазон измерений тепловых расходомеров в сторону значений, близких к нулевым. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области метрологии, связанный с измерениями расхода жидкостей и газов. Одним из методов является небольшое охлаждение (или нагрев) жидкости в измерительном канале расходомера (см. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, - Л.: Машиностроение, 1989, с. 375-380). Предполагаемый баланс теплообменника при этом (вынужденная конвекция)

Q_к=G с_р(t₁-t₂)=G c_p Δ t,

где Q_к – количество теплоты, отданной (или полученной) в измерительном канале;

G – массовый расход жидкости;

С_р – удельная теплоемкость жидкости;

t₁ – температура жидкости на входе канала;

t₂ – температура жидкости на выходе канала;

(см. Исаченко, Осипова, Сукомед. Теплопередача - М.: Энергия, с. 161, 164). Но в этой закономерности обычно принимается во внимание лишь Δ t, не учитывая влияния температуры t₁, которое в некоторых случаях бывает определяющим. Одним из способов компенсации такого влияния является разделение измерительного канала на два ответвления (см. патент RU №2152599), не всегда, однако, дающее требуемый результат.

Задача решается предлагаемым способом компенсации влияния уровня температуры жидкости на выходе в измерительный канал теплового расходомера с датчиками теплового потока Q_изм от наружной поверхности измерительного канала на результат измерения расхода жидкости по величинам Q_изм и Δ t=t₁-t₂, где t₁ и t₂ – температура жидкости, соответственно, на входе и выходе измерительного канала, где встречно ЭДС датчиков теплового потока включает ЭДС датчика разности температуры t₁ и температуры t_н в точках теплового контакта окружающей канал среды или радиаторов с наружной поверхностью датчиков теплового потока.

По этому способу учитывается дополнительный теплообмен с окружающей средой за счет теплопередачи по стенкам канала и по сечению самой жидкости, поскольку при малых расходах (меньше 5% от МАХ) это будет основной процесс. В случае же прекращения расхода тепловой поток Q_тп от входа канала в окружающую его среду будет осуществляться как в обычном стержне (хотя и сложного сечения), когда можно приближенно использовать известную формулу

(см. Исаченко, Осипова, Сукомед. - М.: Энергия, 1969, с. 48). Практически величину можно считать постоянной и заменить ее коэффициентом k. Отсюда получается, что Q_тп зависит, в основном, от избыточной температуры (Θ =t₁–t_н, где t_н – температура окружающей среды (или радиаторов) в точках теплового контакта с наружной поверхностью датчиков теплового потока. Следовательно, получаем Q_тп=kΘ . Значит, при расходе G>0 тепловой поток от наружной поверхности канала, измеряемый датчиками, является суммой конвективного теплообмена и простой теплопроводности, т.е. _изм=Q_к+Q_тп. Отсюда следует: Q_к=Q_изм–Q_тп. Представив полученные значения в формулу теплового баланса, можно вычислить расход жидкости

Причем обе величины, Q_изм и Q_тп, зависят, в основном, от одной и той же разности температур (t₁–t_н), и поэтому при вычитании температурная зависимость от t₁ и t_н сводится к некоторому минимуму, определяемому экспериментально.

С применением термопарных датчиков температуры формула расхода примет вид

,

где k₁E₁=Q_изм; k₂E₂=Q_тп; k₃E₃=с_рΔt, а k₁, k₂, k₃ – коэффициенты преобразования. При этом коэффициенты k₁ и k₂ подбираются таким, чтобы при G=0 числитель тоже стал равен нулю.

Способ поясняется на чертеже, где в измерительном канале 1 создается разность температур Δ t за счет теплообмена с внешней средой (или радиаторами), измеряемого датчиками теплового потока 2.

Предлагаемый способ позволяет расширить диапазоны измерений тепловых расходомеров от 100% расхода до значения, близкого к нулю, что зависит только от разрешающей способности вторичной аппаратуры.

Формула изобретения

Способ компенсации влияния уровня температуры жидкости на входе в измерительный канал теплового расходомера с датчиками теплового потока Q_изм от наружной поверхности измерительного канала на результат измерения расхода жидкости по величинам Q_изм и Δt=t₁-t₂, где t₁ и t₂ - температура жидкости соответственно на входе и выходе измерительного канала, отличающийся тем, что встречно ЭДС датчиков теплового потока включают ЭДС датчика разности температуры t₁ и температуры t_н в точках теплового контакта окружающей канал среды или радиаторов с наружной поверхностью датчиков теплового потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1